应用光学课程设计
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齐鲁工业大学课程设计专用纸 成绩
课程名称 应用光学课程设计 指导教师
院 （系） 专业班级
学生姓名 学号 200911021033 设计日期
课程设计题目 （二）设计一个10倍的双目望远镜
一．设计题目要求：
设计一个10倍的双目望远镜，其设计要求如下： （1）视放大率 10x
Γ= （2）全视场 26o
ω=
（3）岀瞳直径 '
4D mm =
（4）岀瞳距离
'11z l mm
=
（5）鉴别率 "
6α=
（6）渐晕系数 0.6k = （7）棱镜的出射面与分划板之间的距离 28.3a = （8）选取普罗I 型棱镜，其棱镜材料为BKA7 （9）选用目镜类型为 2-28
二．拟定系统的原理方案
光学系统初步设计的第一步工作就是拟定系统的结构原理图。
下面，结合仪器的光学性能和技术来简单讨论系统的结构。
（1）双目望远镜由一个物镜，两个棱镜，一个分划镜和一组目镜组成。
（2）光学系统为了便于观察，系统应成正像，所以必须加入倒像系统。
三．光学系统的外形尺寸计算 （一）目镜的计算
目镜是望远镜系统非常重要的一个组成部分，但是目镜本身不需要设计，当系统需要使用目镜时，只要根据技术要求进行相应类型的选取即可。
1.已知本次设计的观察镜的视放大倍率Γ及视场角2ω，求出'2ω，即
'tg tg ωωΓ=
则 '22()arctg tg ωω=Γ⨯
2.因为目镜有负畸变（3%:5%），所以实际应取：
'22()2()5%arctg tg arctg tg ωωω=Γ⨯+Γ⨯⨯
由上式可以求得
'258.08o ω=
3.然后求目镜的焦距
本次选用目镜2-28，其各项值据《光学仪器手册》可以查得：
'
20.216f = ' 4.49f s = 18.27f L =- ''/ 1.042P f = 5.0d =
4.在本次设计中所需的目镜的结构形式为已知条件，即所选目镜为2-28
根据 '258.08o ω= '4D mm = '11z l mm =
由以上要求，选取目镜2-28结构如图1所示。
图1 目镜 2-28
表1-1 5.手动追迹光线，求出倒置后的f S
由图1可知该目镜的岀瞳位于整个系统的左侧，而在目镜的实际运用中，岀瞳应位于系统的右侧。
此种情况相当于将目镜倒置，故而给出的' 4.49f s =不能直接加以运用。
所以
要求出倒置后的f s
目镜倒置后的f S 值是指焦点F 与目镜最后一面的距离，也即指当平行光入射目镜系统时追迹光路中的最后一个面的像距值。
以平行光入射，根据单球面折射公式依次对目镜各面成像，直到最后一个面得到的像距就是所要求的f S 。
.单球面折射公式如下：
r n n l
n l n -=
-''' （1） 其中n 和'
n 分别是物方和像方折射率，r 为折射球面的曲率半径，l 和'
l 分别为物和像
到折射球面顶点的距离。
代入表1中的数据，填入下表中
表1-2
根据计算得：
18.2753
f s =
（二）选择物镜的结构及一些主要数据 1.根据目镜焦距'2f 求取物镜的焦距：'1f
''''
1212/f f f f Γ=⇒=Γ⨯ 即
'11020.216202.16f mm
=⨯=
2.求物镜的视场2ω：由已知可知 26o
ω=。
3.求物镜的通光口径：
''
/D D D D Γ=⇒=⨯Γ 即 41040D mm =⨯=
4.求物镜的相对口径：
'
/40/202.160.20D f == 5.确定物镜的结构形式
根据视场大小及相对孔径的大小选择物镜所需的结构形式。
常见的望远物镜的 结构形式有：双胶合、双分离、三片式等等，在本次系统设计中由于所设计的系统 的视场不大，相对孔径也不大，故可选用双胶合物镜。
双胶合物镜的结构形式图2所 示：
图2 （三）计算分划板
1.计算分划板直径：
'1=2=23202.16=21.20fen D tg f tg mm
ω⨯⨯⨯
2.求鉴别率α：
"
""
=140/=3.5<5.5D α符合题意
3.查表得分划板的厚度为r D =2mm 其公差为3.0±mm
4.计算出瞳距：'p
出瞳距，由于'
'
138f f p s mm =+
=Γ
出瞳距离近似题目要求的值，因此所选的
目镜符合本次设计要求。
（四）计算棱镜
由于观察镜系统所成的像为倒像，故要在整个系统中加入一转向系统，在本次设计中我们加入的是棱镜转向系统。
棱镜转向系统采用2片普罗I 型棱镜进行转向。
该望远系统采用普罗I 型棱镜转像，普罗I 型棱镜如下图：
图3 普罗I 型棱镜
1.棱镜的选型：本课程设计已给出（棱镜:普罗I 型棱镜，材料：BAK7）,将普罗I 型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：
图4 普罗I 型棱镜展开图
2.求取棱镜的展开长度 L
由《光学仪器设计手册》可查到普罗I 型棱镜的结构参数 K=4,材料BAK7的棱镜折射率n=1.56889，则有：
l
L K D =⨯
上式中，l D 为普罗I 型棱镜的通光口径，其大小与渐晕系数k 及a 值有关。
3. l D 值可采用如下近似公式进行计算得出：
1'
122(),//fen l fen l l kD D tg f D D a d tg D L d L n KD n αα-⎧
=⎪⎪
⎪
=++⇒⎨⎪
==⎪
⎪
⎩
式中，n 为棱镜折射率，选用BKA7玻璃；d 为棱镜的等效空气层厚度；α是一过渡参量；K 为渐晕系数；为所求棱镜的通光口径；l D 为分划板直径；1D 为入射光瞳的孔径。
将
各个已知量代入上述公式中可以得到
=22.86mm l D 由增量系数为2，则实际=45.72l D mm
422.86=
===58.281.56889
l KD L d mm n n ⨯
=422.86=91.44l L KD mm =⨯
4.计算b 值：
'
1b f a d =-- '1=-a-=202.16-28.3-58.28=115.58b f d mm ∴
通过以上分析，综合以上分析，可初步确定所设计的10×观察镜系统结构如
下图所示：
物镜 棱镜 分划板 目镜 岀瞳
图 5
上图的各项数据如下：
1=40D mm =28.3a =22.86l D mm =52.28d mm
=21.20fen D mm '
=38p mm =115.58b mm '
1=202.16f mm
四．设计心得
通过这次应用光学课程设计，加深了我对双目望远镜设计知识的了解，从双目望远镜的外形尺寸的计算到目镜、物镜、转向棱镜（普罗I型棱镜）各项数据的处理，基本掌握我双目望远镜的主要的设计过程。
在这次双目望远镜的基本设计过程是：1.给出设计要求及各项设计的参数如，Γ2ω
等。
2.拟定光学系统的原理方案。
3.计算光学系统的外观尺寸如目镜、物镜、分划板的计算，其中最关键的是棱镜的参数计算。
